복잡한 전구체 공정 대신 전기화학을 활용해 단순 알켄에서 의약품 핵심 중간체인 '시스(cis)-아지리딘'을 직접 합성하는 기술이 개발됐다. 기존 유기합성 구조적 한계를 뛰어넘어 기능성 소재 합성의 새로운 경로를 제시한 것으로 평가받는다.
한국연구재단은 김현우 포스텍 교수 연구팀이 전기화학적 반응 환경을 활용해 반응 경로를 정밀하게 제어함으로써 별도 전구체 설계 없이도 원료 물질인 말단 알켄에서 목표 화합물인 시스-아지리딘을 형성했다고 8일 밝혔다.
아지리딘은 높은 반응성과 변환 가능성으로 의약화학 및 유기합성에서 핵심 중간체로 활용되는 화합물이다. 그러나 기존 합성법은 폭발 위험이 있는 다이아조(Diazo) 전구체를 기반으로 하며, 생성물 입체구조가 원료 물질인 알켄의 구조에 종속돼 구조 제어가 어려웠다. 특히 특정 방향을 바라보는 시스 형태를 선택적으로 만들기 매우 까다로웠다.
연구팀은 코발트 촉매와 전기화학적 산화를 결합해 기존 방식의 단점이었던 느린 반응 속도를 극복하고, 고리 형성 단계가 반응을 주도하도록 설계해 효율과 선택성을 동시에 잡았다.
밀도범함수이론(DFT) 계산을 통해 시스 생성물 중간체의 열역학적 안정성을 입증했으며, 멘톨·나프록센 등 복잡한 분자 구조에도 아지리딘을 성공적으로 도입하며 높은 범용성을 증명했다.
이 기술은 강한 산화제 대신 전기를 사용하는 온화한 공정으로 친환경성을 구현했다. 또 단일 단계로 그램(g) 단위 생성물 생산이 가능해 산업적으로 대량 생산 확장성도 확보했다.
김현우 교수는 “이번 연구는 전기화학으로 반응 경로를 정밀 제어해 기존에 불가능했던 입체 선택적 합성을 구현한 사례”라며 “앞으로 유기합성 반응 경로 설계 방식 자체를 바꾸는 새로운 패러다임을 구축해 나갈 계획”이라고 말했다.
이번 연구 성과는 과학기술정보통신부와 한국연구재단의 우수신진연구사업 및 기초연구실 사업의 지원으로 수행됐으며, '앙게반테 케미 인터내셔널 에디션'에 지난달 20일 게재됐다.
이인희 기자 leeih@etnews.com
